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第1章　绪论1

1.1 CAD/CAM概述1

1.1.1 从产品制造的过程理解CAD/CAM2

1.1.2　从计算机科学的角度看3

1.2　CAD/CAM技术的发展4

1.2.1 CAD/CAM发展概况4

1.2.2　CAD/CAM展望5

1.3　CAD/CAM系统的组成、集成及工作过程6

1.3.1 CAD/CAM系统的组成7

1.3.2 CAD/CAM系统的集成9

1.3.3　CAD/CAM系统的工作过程10

1.4　CAD/CAM系统应具备的基本功能11

1.5 当前CAD/CAM系统常用软件12

1.5.1　CAD/CAM系统支撑软件12

1.5.2 国产专业应用软件介绍14

1.6 CAD/CAM集成的支撑系统15

1.6.1　计算机网络基础15

思考题16

1.6.2 网络的类型16

1.6.3 CAD/CAM集成环境下网络的特点16

第2章　工程数据的处理17

2.1　数表的程序化处理17

2.1.1　一维数表的处理17

2.1.2　二维数表的处理18

2.2　数表的文件化处理19

2.2.1　用编辑软件产生顺序文件设计20

2.2.2　用程序生成顺序文件设计20

2.2.3　文件的读取和检索的设计21

2.3　一维数表的插值处理22

2.3.1　线性插值法22

2.3.2　拉格朗日二次插值（抛物线插值）23

2.4　线图的处理24

2.4.1　线图的表格化处理24

2.4.2　线图的公式化处理24

2.5　工程数据的数据库管理25

2.5.1　数据库系统及管理25

2.5.2　FoxPro关系型数据库系统26

2.5.3　FoxPro与高级语言的接口设计31

思考题35

第3章　图形技术基础36

3.1　坐标系36

3.1.1　设备坐标系36

3.1.4　窗口坐标系37

3.2　图形变换37

3.1.3　规范坐标系37

3.1.2　用户坐标系37

3.2.1　二维图形的几何变换38

3.2.2　三维图形几何变换41

3.2.3　三维形体的投影变换42

3.3　窗口－视区变换46

3.3.1　窗口46

3.3.2　视区47

3.3.3　窗、视变换47

3.4　交互技术48

3.4.1　常见交互技术及其应用48

3.4.2　交互技术的分类49

3.4.3　交互设计原则50

3.5　用户界面51

3.5.1　用户界面的类型与设计52

3.5.2　用户界面设计52

思考题53

第4章　几何造型系统的数据结构55

4.1　数据结构知识55

4.1.1　基本概念55

4.1.2　线性表56

4.1.3　树形结构57

4.1.4　二叉树结构57

4.2　几何体在计算机中的表示58

4.2.1　几何造型中的坐标系58

4.2.2　表示形体的数据结构59

4.3　三维形体的原理及表达60

4.3.1　线框造型61

4.3.2　曲面（表面）造型62

4.3.3　实体建模67

思考题69

第5章　几何造型技术70

5.1　实体造型技术70

5.1.1　布尔运算理论70

5.1.2　布尔运算的具体实现71

5.1.3　边界表示的数据结构与欧拉操作71

5.1.4　构造实体几何73

5.1.5　CSG与B-rep混合造型方法76

5.1.6　扫描表示法77

5.2　特征建模78

5.2.1　特征的定义78

5.2.2　特征表示及数据结构79

5.2.3　特征造型的特点79

5.3　装配造型80

5.3.1　装配模型的表示80

5.3.2　装配约束技术81

5.3.3　装配造型方法及步骤83

5.4.1　参数化与变量化造型的关键技术84

5.4　参数化与变量化技术84

5.4.2　参数化与变量化技术的发展现状85

思考题85

第6章　隐藏线和隐藏面的处理86

6.1　消隐常用的计算方法87

6.1.1　两直线段求交点87

6.1.2　平面多边形的外法矢量87

6.1.3　包容性检验88

6.1.4　包围盒检验89

6.1.5　交矩形检验90

6.1.6　深度检验90

6.1.7　平面和棱边的分类91

6.2 凸多面体消隐（Roberts消隐）92

6.3　任意多面体的隐藏线消除93

6.3.1　算法思想94

6.3.2　剔除朝后面和建立潜在可见面表94

6.3.3　建立潜在可见棱边表94

6.3.4　求每条潜在可见棱边与各个朝前面的隐藏关系94

6.4.1　Z缓冲器算法基本思想95

6.4　Z缓冲器算法95

6.4.2　Z缓冲器算法步骤96

6.4.3　深度值的计算96

6.4.4　Z缓冲器算法特点97

6.5　扫描线算法97

6.5.1　扫描线算法的三表数据结构97

6.5.2　扫描线经过非多边形相交区域98

6.5.3　扫描线经过多边形投影相互覆盖区域98

6.6　画家算法99

6.5.4　多边形发生相互贯穿99

6.5.5　扫描线消隐算法特点99

6.6.1　画家算法的基本思想100

6.6.2　多边形优先级的考虑100

6.6.3　交叉覆盖和循环覆盖多边形的优先级考虑100

6.6.4　解决深度优先级冲突的排序算法100

6.6.5　画家算法特点101

6.7　区域子分割算法（Warnack算法）102

6.9.1　线消隐103

6.9　消隐算法的编程实现103

6.8　光线投射算法103

6.9.2　面消隐编程实现举例105

思考题107

第7章 自由曲线和自由曲面理论108

7.1 曲线曲面的基础知识108

7.1.1　矢量代数基础109

7.1.2　曲线论110

7.1.3 曲面论114

7.2.2　数据点的参数化117

7.2.1　参数多项式117

7.2　参数多项式与数据点的参数化117

7.2.3　参数曲线的代数和几何形式118

7.2.4　连续性120

7.3　Bezier曲线与曲面121

7.3.1　Bezier曲线的定义和性质121

7.3.2　Bezier曲线的递推（de Casteljau）算法125

7.3.3　Bezier曲线的拼接126

7.3.4　Bezier曲线的升阶与降阶127

7.3.5　Bezier曲面128

7.4.1　B样条曲线的定义130

7.4　均匀B样条曲线曲面130

7.4.2　B样条曲线的矩阵表示131

7.4.3　B样条曲面132

7.5　NURBS曲线曲面133

7.5.1　NURBS曲线的定义133

7.5.2　权因子对NURBS曲线形状的影响134

7.5.3　NURBS曲面的定义135

7.5.4　权因子对NURBS曲面片的影响135

7.6.1 曲线生成136

7.6　曲线、曲面生成136

7.6.2 曲面生成137

思考题140

第8章　计算机辅助工艺过程（CAPP）技术基础141

8.1　概述141

8.1.1 CAPP的基本概念141

8.1.2　CAPP系统的发展及其在中国的应用142

8.2　CAPP的基本功能与模块144

8.3.2　工艺数据与知识的获取与表达146

8.3　工艺数据库与知识库146

8.3.1　工艺数据与知识的种类和特点146

8.3.3　工艺数据与知识库的设计147

8.3.4　构造工艺数据库与知识库的一般步骤149

8.4　派生法CAPP系统149

8.4.1 基于GT的派生法CAPP系统149

8.4.2　基于特征的派生法CAPP系统151

8.5　创成法CAPP系统153

8.5.1　创成法CAPP系统的工作原理153

8.5.2　零件信息描述154

8.5.3　工艺知识库的建立155

8.5.4　推理机的设计155

8.5.5　创成法CAPP系统的工艺决策逻辑156

8.6　其他类型的CAPP系统简介158

8.6.1 基于人工神经元网络的CAPP系统158

8.6.2　基于实例与知识的CAPP系统158

8.6.3　混合式CAPP系统159

思考题159

9.1　计算机辅助工程（CAE）技术概述160

第9章　计算机辅助工程技术基础160

9.1.1　制品设计161

9.1.2　模具设计和制造161

9.1.3　注塑成型162

9.2　有限元分析162

9.2.1　有限元分析简介162

9.2.2　弹性力学基本知识163

9.2.3　有限元方法的表达式164

9.2.4　有限元法的基本解法与步骤165

9.2.5　有限元分析的前置处理和后置处理167

9.2.6　有限元法在机械工程中的应用167

9.2.7　有限元分析软件——ANSYS简介167

9.3　优化设计170

9.3.1　优化设计的数学描述170

9.3.2　约束条件的处理171

9.3.3　常用优化搜索方法171

9.3.4　优化设计的一般过程173

9.3.5　优化设计应用实例174

9.4.1　仿真的基本概念及分类175

9.4　仿真技术175

9.4.2　计算机仿真的一般过程177

9.4.3 仿真在CAD/CAE/CAM系统中的应用178

9.4.4　计算机仿真的发展方向178

9.4.5　计算机仿真软件179

思考题180

第10章　计算机辅助制造182

10.1　数控加工的特点和内容182

10.2.2　数控编程的现状和发展趋势184

10.2.1　数控加工编程的概念184

10.2　数控编程及其发展184

10.2.3　计算机辅助数控加工程序编制186

10.2.4　数控编程方法187

10.2.5　数控语言及其选择189

10.2.6　APT语言基本语句190

10.2.7　数控加工程序编程的内容与步骤191

10.3　数控程序系统193

10.4　数控加工仿真194

10.4.1　数控加工仿真目的与意义194

10.4.3　几何仿真195

10.4.2　数控仿真技术的研究现状及发展趋势195

10.4.4　数控加工仿真系统的体系结构196

10.4.5　数控加工仿真形式197

10.5　NC刀具轨迹生成方法研究现状200

10.5.1　基于点、线、面和体的NC刀轨生成方法200

10.5.2　基于特征的NC刀轨生成方法201

10.5.3　几个主要CAD/CAM系统中的NC刀轨生成方法分析202

10.5.4　CAM系统刀轨生成方法的主要问题203

10.5.5　数控加工轨迹生成原理203

思考题204

第11章　CAD/CAM集成技术205

11.1　概述205

11.1.1　系统集成的目的与原则205

11.1.2　系统集成的内容206

11.2　系统的集成环境和方式206

11.2.1　集成环境206

11.2.2　集成方式207

11.3.1　产品建模技术209

11.3.2　集成数据管理技术209

11.3　CAD/CAM系统集成的关键技术209

11.3.3　产品数据交换接口技术210

11.3.4　执行控制程序210

11.4　计算机集成制造系统（CIMS）210

11.4.1　CIMS的构成210

11.4.2　CIMS的特点211

11.4.3　实现CIMS的关键技术212

11.5 基于产品数据管理的CAD/CAM系统集成213

11.5.1　产品数据表达213

11.5.2　产品数据管理214

11.5.3 基于PDM的CAD/CAM内部集成215

11.5.4　基于PDM的CAD/CAM外部集成216

11.5.5　PDM与CIMS的关系217

11.6　敏捷制造217

11.6.1　敏捷制造的基本原理217

11.6.2　敏捷制造的组成218

11.6.3 敏捷制造中的CAD/CAE/CAM系统219

11.7　并行工程220

11.7.1　并行工程的含义220

11.7.2　并行工程的特点221

11.7.3 面向并行工程的CAD/CAE/CAM技术222

11.8　基本图形交换规范标准224

11.8.1　DXF（绘图交换格式）224

11.8.2　IGES（初始图形交换规范）225

11.8.3　STEP（产品模型数据交换标准）228

思考题231

12.1.1　逆向工程定义233

12.1.2　逆向工程的关键技术233

12.1　逆向工程简介233

第12章　逆向工程与快速原型制造233

12.1.3　逆向工程的研究现状234

12.1.4　逆向工程的应用领域235

12.1.5　逆向工程商业软件235

12.1.6　逆向工程技术的发展趋势236

12.2　数据测量技术236

12.2.1　接触式测量法236

12.2.2　非接触式测量法237

12.2.3　逐层扫描测量法238

12.3.1　点云类型239

12.3　数据预处理技术239

12.3.3　数据精简240

12.3.2　异常点去除240

12.3.4　数据平滑243

12.4　模型重构技术243

12.4.1　概述243

12.4.2　曲线曲面的插值法构造244

12.4.3　B样条曲线曲面逼近247

12.4.4　重构曲面的精度评定250

12.5.1　Imageware简介251

12.5　逆向工程软件（Surfacer）介绍251

12.5.2　Surfacer介绍252

12.6　快速原型制造技术253

12.6.1　快速原型制造技术概述253

12.6.2　快速成形方法254

12.6.3　基于RP的快速制模技术255

12.6.4　RP技术的局限性256

思考题257